การกลั่นแบบง่ายๆ การกลั่นน้ำมันแบบเศษส่วน
การกลั่นน้ำมันดำเนินการโดยวิธีทางกายภาพและเคมี: การกลั่นทางกายภาพ - โดยตรง; สารเคมี – การแตกร้าวด้วยความร้อน การแคร็กตัวเร่งปฏิกิริยา ไฮโดรแคร็กกิ้ง; การปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยา ไพโรไลซิส ลองดูที่เหล่านี้ วิธีการกลั่นน้ำมันแยกกัน
การกลั่นน้ำมันโดยการกลั่นโดยตรง
น้ำมันประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนที่มีจำนวนอะตอมต่อโมเลกุลต่างกัน (ตั้งแต่ 2 ถึง 17) ความหลากหลายของไฮโดรคาร์บอนนี้ทำให้น้ำมันไม่มีเลย อุณหภูมิคงที่เดือดและเดือดเมื่อได้รับความร้อนในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง น้ำมันส่วนใหญ่เมื่อได้รับความร้อนเล็กน้อยถึง 30...40°C ไฮโดรคาร์บอนที่เบาที่สุดจะเริ่มระเหยและเดือดออกไป เมื่อให้ความร้อนมากขึ้นจนถึงอุณหภูมิที่สูงขึ้น ไฮโดรคาร์บอนที่หนักมากขึ้นก็จะเดือดออกจากน้ำมัน ไอระเหยเหล่านี้สามารถถูกกำจัดออกและทำให้เย็นลง (ควบแน่น) และสามารถแยกส่วนของน้ำมัน (เศษน้ำมัน) ที่เดือดออกไปภายในขีดจำกัดอุณหภูมิที่กำหนดได้ และมันจะช่วยในเรื่องนี้!
คุณรู้หรือไม่ว่าน้ำมันถูกใช้โดยมนุษยชาติมานานกว่า 6,000 ปีแล้ว?
กระบวนการแยกปิโตรเลียมไฮโดรคาร์บอนตามจุดเดือดเรียกว่า การกลั่นโดยตรง- ในโรงงานสมัยใหม่ กระบวนการกลั่นน้ำมันโดยตรงจะดำเนินการในการติดตั้งอย่างต่อเนื่อง น้ำมันภายใต้แรงดันจะถูกสูบเข้าไปในเตาหลอมแบบท่อ ซึ่งได้รับความร้อนถึง 330...350°C น้ำมันร้อนพร้อมกับไอระเหยจะเข้าสู่ส่วนตรงกลางของคอลัมน์การกลั่นซึ่งเนื่องจากความดันลดลง น้ำมันจึงระเหยออกไปเพิ่มเติมและไฮโดรคาร์บอนที่ระเหยจะถูกแยกออกจากส่วนของเหลวของน้ำมัน - น้ำมันเชื้อเพลิง ไอไฮโดรคาร์บอนพุ่งขึ้นไปตามคอลัมน์ และของเหลวที่ตกค้างจะไหลลงมา ในคอลัมน์การกลั่น ตามเส้นทางการเคลื่อนที่ของไอ แผ่นจะถูกติดตั้งบนส่วนหนึ่งของไอไฮโดรคาร์บอนที่ควบแน่น ไฮโดรคาร์บอนที่หนักกว่าจะควบแน่นบนแผ่นแรก แผ่นที่เบาจะลอยขึ้นไปบนเสา และไฮโดรคาร์บอนที่หนักที่สุดผสมกับก๊าซจะไหลผ่านทั้งคอลัมน์โดยไม่ควบแน่น และถูกกำจัดออกจากด้านบนของคอลัมน์ในรูปของไอระเหย ดังนั้นไฮโดรคาร์บอนจึงถูกแบ่งออกเป็นเศษส่วนตามจุดเดือด
เศษส่วนน้ำมันเบนซินเบา (กลั่น) ของน้ำมันจะถูกลบออกจากด้านบนของคอลัมน์และจากแผ่นด้านบน เศษส่วนดังกล่าวซึ่งมีจุดเดือดอยู่ระหว่าง 30 ถึง 180...205°C หลังการทำให้บริสุทธิ์เป็นส่วนสำคัญของน้ำมันเบนซินที่ใช้ในเชิงพาณิชย์จำนวนมาก ด้านล่างเลือกน้ำมันก๊าดกลั่นซึ่งหลังจากทำให้บริสุทธิ์แล้วจะใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์เครื่องบินเจ็ท การกลั่นน้ำมันแก๊สจะถูกกำจัดออกไปให้ต่ำลงซึ่งหลังจากการทำให้บริสุทธิ์จะใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล
นี่คือวิธีการสกัดน้ำมัน
น้ำมันเชื้อเพลิงที่เหลืออยู่หลังจากการกลั่นน้ำมันโดยตรง ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำมัน จะถูกนำไปใช้โดยตรงเป็นเชื้อเพลิง (น้ำมันเตา) หรือเป็นวัตถุดิบสำหรับหน่วยแคร็ก หรือถูกแยกออกเป็นเศษส่วนน้ำมันเพิ่มเติมในคอลัมน์การกลั่นสุญญากาศ ในกรณีหลังนี้ น้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกให้ความร้อนอีกครั้งในเตาหลอมแบบท่อที่อุณหภูมิ 420...430°C และป้อนเข้าไปในคอลัมน์กลั่นที่ทำงานภายใต้สุญญากาศ (ความดันตกค้าง 50...100 มม.ปรอท) จุดเดือดของไฮโดรคาร์บอนจะลดลงเมื่อความดันลดลง ซึ่งทำให้ไฮโดรคาร์บอนหนักที่มีอยู่ในน้ำมันเชื้อเพลิงระเหยออกไปโดยไม่สลายตัว ในระหว่างการกลั่นน้ำมันเชื้อเพลิงแบบสุญญากาศ เครื่องกลั่นดีเซลจะถูกดึงมาจากด้านบนของคอลัมน์ ซึ่งทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบสำหรับการแตกตัวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา เลือกเศษส่วนน้ำมันต่อไปนี้:
- แกนหมุน;
- เครื่องจักร;
- ตกปลาอัตโนมัติ
- กระบอก
เศษส่วนทั้งหมดเหล่านี้หลังจากการทำให้บริสุทธิ์อย่างเหมาะสม จะถูกนำมาใช้ในการเตรียมน้ำมันเชิงพาณิชย์ จากด้านล่างของคอลัมน์ส่วนที่ไม่มีการระเหยของน้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกนำไปใช้ - ครึ่งน้ำมันดินหรือน้ำมันดิน จากสารตกค้างเหล่านี้ ความหนืดสูง ที่เรียกว่า เกิดจากการทำความสะอาดอย่างล้ำลึก น้ำมันที่เหลือ
ตรงยาวครับ การกลั่นน้ำมันเคยเป็น วิธีเดียวเท่านั้นการกลั่นน้ำมัน แต่ด้วยความต้องการน้ำมันเบนซินที่เพิ่มขึ้น ประสิทธิภาพ (20...25% ของผลผลิตน้ำมันเบนซิน) จึงไม่เพียงพอ ในปี พ.ศ. 2418 เสนอกระบวนการสลายไฮโดรคาร์บอนปิโตรเลียมหนักที่อุณหภูมิสูง ในอุตสาหกรรมกระบวนการนี้เรียกว่า แคร็กซึ่งหมายถึงการแตกแยก, การแตกแยก.
การแตกร้าวด้วยความร้อน
องค์ประกอบของน้ำมันเบนซินประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนที่มีคาร์บอน 4...12 อะตอม 12...25 - ดีเซล น้ำมันเชื้อเพลิง 25...70 – น้ำมัน น้ำหนักโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นตามจำนวนอะตอมที่เพิ่มขึ้น การกลั่นปิโตรเลียมโดยการแตกร้าวจะสลายโมเลกุลหนักให้กลายเป็นโมเลกุลที่เบากว่า และเปลี่ยนให้เป็นไฮโดรคาร์บอนที่เดือดง่าย โดยเกิดเป็นเศษส่วนของน้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าด และดีเซล
ในปี 1900 รัสเซียผลิตน้ำมันได้มากกว่าครึ่งหนึ่งของโลก
การแตกร้าวด้วยความร้อนแบ่งออกเป็นเฟสไอและเฟสของเหลว:
- การแตกร้าวของเฟสไอ– น้ำมันถูกทำให้ร้อนถึง 520...550°C ที่ความดัน 2...6 atm ปัจจุบันไม่ได้ใช้เนื่องจากผลผลิตต่ำและมีไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวในปริมาณสูง (40%) ในผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย ซึ่งสามารถออกซิไดซ์และสร้างเรซินได้ง่าย
- การแตกร้าวของเฟสของเหลว– อุณหภูมิการทำความร้อนน้ำมัน 480...500°C ที่ความดัน 20...50 atm ผลผลิตเพิ่มขึ้น ปริมาณไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว (25...30%) จะลดลง เศษส่วนของน้ำมันเบนซินจากการแคร็กด้วยความร้อนถูกใช้เป็นส่วนประกอบของน้ำมันเบนซินเชิงพาณิชย์ เชื้อเพลิงการแตกร้าวด้วยความร้อนมีลักษณะพิเศษคือมีความคงตัวทางเคมีต่ำ ซึ่งได้รับการปรับปรุงโดยการเติมสารเติมแต่งต้านอนุมูลอิสระชนิดพิเศษเข้าไปในเชื้อเพลิง ผลผลิตน้ำมันเบนซินคือ 70% จากน้ำมัน 30% จากน้ำมันเชื้อเพลิง
ตัวเร่งปฏิกิริยาแคร็ก
การกลั่นน้ำมัน ตัวเร่งปฏิกิริยาแคร็ก– กระบวนการทางเทคโนโลยีขั้นสูงยิ่งขึ้น ในระหว่างการแตกตัวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา โมเลกุลหนักของปิโตรเลียมไฮโดรคาร์บอนจะถูกสลายตัวที่อุณหภูมิ 430...530°C ที่ความดันใกล้กับบรรยากาศเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาจะควบคุมกระบวนการและส่งเสริมการเกิดไอโซเมอไรเซชันของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว และการเปลี่ยนจากไม่อิ่มตัวไปเป็นอิ่มตัว น้ำมันเบนซินแบบเร่งปฏิกิริยามีความต้านทานการระเบิดสูงและมีเสถียรภาพทางเคมี ผลผลิตของน้ำมันเบนซินสูงถึง 78% จากน้ำมันและคุณภาพสูงกว่าการแตกร้าวด้วยความร้อนอย่างมาก อะลูมิโนซิลิเกตที่มีออกไซด์ของ Si และ Al, ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีออกไซด์ของทองแดง, แมงกานีส, Co, Ni และตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัมถูกนำมาใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
ไฮโดรแคร็กกิ้ง
การกลั่นปิโตรเลียมเป็นการแตกตัวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทหนึ่ง กระบวนการสลายตัวของวัตถุดิบหนักเกิดขึ้นต่อหน้าไฮโดรเจนที่อุณหภูมิ 420...500°C และความดัน 200 เอทีเอ็ม กระบวนการนี้เกิดขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์พิเศษโดยเติมตัวเร่งปฏิกิริยา (ออกไซด์ของ W, Mo, Pt) ผลจากไฮโดรแคร็กกิ้งทำให้ได้เชื้อเพลิงเทอร์โบ เครื่องยนต์ไอพ่น.
การปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยา
การกลั่นน้ำมัน การปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยาประกอบด้วยอะโรมาติกของเศษส่วนของน้ำมันเบนซินอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนตัวเร่งปฏิกิริยาของแนฟเทนิกและพาราฟินไฮโดรคาร์บอนให้เป็นอะโรมาติก นอกเหนือจากการทำให้เป็นอะโรมาติเซชันแล้ว โมเลกุลของพาราฟินไฮโดรคาร์บอนยังสามารถเกิดไอโซเมอไรเซชันได้อีกด้วย โดยไฮโดรคาร์บอนที่หนักที่สุดสามารถแบ่งออกเป็นโมเลกุลที่มีขนาดเล็กลงได้
น้ำมันมีผลกระทบต่อราคาเชื้อเพลิงมากที่สุด
ในฐานะที่เป็นวัตถุดิบในการแปรรูป มีการใช้เศษส่วนน้ำมันเบนซินของการกลั่นน้ำมันโดยตรง ซึ่งระเหยที่อุณหภูมิ 540°C และความดัน 30 atm เมื่อมีไฮโดรเจน มันจะถูกส่งผ่านห้องปฏิกิริยาที่เต็มไปด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา (โมลิบดีนัมไดออกไซด์และอลูมิเนียมออกไซด์) เป็นผลให้ได้น้ำมันเบนซินที่มีปริมาณอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน 40...50% เมื่อเปลี่ยนกระบวนการทางเทคโนโลยีสามารถเพิ่มจำนวนอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนได้มากถึง 80% การมีไฮโดรเจนช่วยเพิ่มอายุการใช้งานของตัวเร่งปฏิกิริยา
ไพโรไลซิส
การกลั่นน้ำมัน ไพโรไลซิส– นี่คือการสลายตัวทางความร้อนของน้ำมันไฮโดรคาร์บอนในอุปกรณ์พิเศษหรือเครื่องกำเนิดก๊าซที่อุณหภูมิ 650 ° C ใช้ในการผลิตอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนและก๊าซ ทั้งน้ำมันและน้ำมันเชื้อเพลิงสามารถใช้เป็นวัตถุดิบได้ แต่ผลผลิตอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่สูงที่สุดนั้นสังเกตได้ในระหว่างการไพโรไลซิสของเศษส่วนแสงของน้ำมัน อัตราผลตอบแทน: ก๊าซ 50%, น้ำมันดิน 45%, เขม่า 5% อะโรเมติกไฮโดรคาร์บอนได้มาจากเรซินโดยการแก้ไข
ดังนั้นเราจึงได้ทราบว่ามันทำอย่างไร ด้านล่างนี้คุณสามารถดูวิดีโอสั้น ๆ เกี่ยวกับวิธีเพิ่มจำนวนออกเทนของน้ำมันเบนซินและรับเชื้อเพลิงผสม
น้ำมันถูกแบ่งออกเป็นเศษส่วนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมในสองขั้นตอน นั่นคือ การกลั่นน้ำมันต้องผ่านกระบวนการปฐมภูมิและทุติยภูมิ
กระบวนการกลั่นน้ำมันเบื้องต้น
ในขั้นตอนการกลั่นนี้ น้ำมันดิบจะถูกทำให้แห้งและแยกเกลือออกเบื้องต้นโดยใช้อุปกรณ์พิเศษเพื่อแยกเกลือและสิ่งสกปรกอื่นๆ ที่อาจก่อให้เกิดการกัดกร่อนของอุปกรณ์และลดคุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่กลั่นแล้ว หลังจากนั้นน้ำมันจะมีเกลือเพียง 3-4 มก. ต่อลิตรและน้ำไม่เกิน 0.1% ผลิตภัณฑ์ที่เตรียมไว้พร้อมสำหรับการกลั่น
เนื่องจากไฮโดรคาร์บอนเหลวเดือดที่อุณหภูมิต่างกัน คุณสมบัตินี้จึงถูกใช้ในระหว่างการกลั่นน้ำมันเพื่อแยกเศษส่วนที่แยกออกจากกันในขั้นตอนการเดือดที่ต่างกัน การกลั่นน้ำมันที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งแรกทำให้สามารถแยกเศษส่วนต่อไปนี้ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ: น้ำมันเบนซิน (เดือดที่ 180°C และต่ำกว่า) น้ำมันเครื่องบิน (เดือดที่ 180-240°C) และน้ำมันดีเซล (เดือดที่ 240 -350°ซ) สิ่งที่เหลืออยู่จากการกลั่นน้ำมันคือน้ำมันเชื้อเพลิง
ในระหว่างกระบวนการกลั่น น้ำมันจะถูกแบ่งออกเป็นเศษส่วน (ส่วนประกอบ) ผลลัพธ์ที่ได้คือผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเชิงพาณิชย์หรือส่วนประกอบต่างๆ การกลั่นน้ำมันคือ ระยะเริ่มแรกแปรรูปในโรงงานเฉพาะทาง
เมื่อถูกความร้อนจะเกิดเฟสไอซึ่งมีองค์ประกอบแตกต่างจากของเหลว เศษส่วนที่ได้จากการกลั่นน้ำมันมักจะไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ที่บริสุทธิ์ แต่เป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน ไฮโดรคาร์บอนแต่ละชนิดสามารถแยกได้โดยการกลั่นเศษส่วนปิโตรเลียมซ้ำๆ เท่านั้น
ดำเนินการกลั่นน้ำมันโดยตรง
โดยการระเหยเพียงครั้งเดียว (เรียกว่าการกลั่นแบบสมดุล) หรือการกลั่นแบบธรรมดา (การกลั่นแบบเศษส่วน)
มีและไม่มีการแก้ไข
การใช้สารระเหย
ภายใต้สุญญากาศและที่ ความดันบรรยากาศ.
การกลั่นแบบสมดุลจะแยกน้ำมันออกเป็นเศษส่วนไม่ชัดเจนเท่าการกลั่นแบบธรรมดา ในกรณีนี้ ในกรณีแรกจะเข้าสู่สถานะไอที่อุณหภูมิเดียวกัน น้ำมันมากขึ้นกว่าในวินาที
การกลั่นแบบเศษส่วนน้ำมันทำให้สามารถได้รับผลิตภัณฑ์ต่างๆ สำหรับเครื่องยนต์ดีเซลและเจ็ท) รวมถึงวัตถุดิบ (เบนซิน ไซลีน เอทิลเบนซีน เอทิลีน บิวทาไดอีน โพรพิลีน) ตัวทำละลาย และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ
กระบวนการกลั่นน้ำมันขั้นที่สอง
การกลั่นน้ำมันขั้นที่สองดำเนินการโดยวิธีการแยกตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมีหรือความร้อนของผลิตภัณฑ์เหล่านั้นซึ่งแยกได้จากการกลั่นน้ำมันขั้นต้น สิ่งนี้ทำให้เกิดเศษส่วนของน้ำมันเบนซินในปริมาณที่มากขึ้น เช่นเดียวกับวัตถุดิบสำหรับการผลิตอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน (โทลูอีน เบนซิน และอื่นๆ) เทคโนโลยีการกลั่นน้ำมันทุติยภูมิที่พบมากที่สุดคือการแคร็ก
การแคร็กเป็นกระบวนการกลั่นน้ำมันที่อุณหภูมิสูงและแยกส่วนเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ (ส่วนใหญ่) ที่มีปริมาณน้อยกว่า ซึ่งรวมถึงเชื้อเพลิงเครื่องยนต์ น้ำมันหล่อลื่น ฯลฯ วัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเคมีและเคมี การแตกร้าวเกิดขึ้นจากการแตกของพันธะ C-C และการเกิดคาร์บาเนียนหรือ อนุมูลอิสระ- การแตกแยกพันธะ C-C เกิดขึ้นพร้อมกันกับดีไฮโดรจีเนชัน, ไอโซเมอไรเซชัน, โพลีเมอไรเซชัน และการควบแน่นของสารตัวกลางและวัสดุตั้งต้น สองกระบวนการสุดท้ายก่อให้เกิดสารตกค้างจากการแตกร้าว กล่าวคือ เศษส่วนที่มีจุดเดือดสูงกว่า 350°C และโค้ก
การกลั่นน้ำมันโดยการแคร็กได้รับการจดสิทธิบัตรในปี พ.ศ. 2434 โดย V. G. Shukhov และ S. Gavrilov จากนั้นโซลูชันทางวิศวกรรมเหล่านี้ก็ถูกทำซ้ำโดย W. Barton ในระหว่างการก่อสร้างโรงงานอุตสาหกรรมแห่งแรกในสหรัฐอเมริกา
การแคร็กทำได้โดยการให้ความร้อนวัตถุดิบหรือการสัมผัสกับตัวเร่งปฏิกิริยาและอุณหภูมิสูง
การแคร็กช่วยให้คุณแยกส่วนประกอบที่มีประโยชน์มากขึ้นจากน้ำมันเชื้อเพลิง
หัวข้อที่ 9 “พื้นฐานของเทคโนโลยีการแปรรูปผลิตภัณฑ์น้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม”
1. แหล่งกำเนิดและองค์ประกอบของน้ำมัน การผลิตน้ำมันและการเตรียมการสำหรับการแปรรูป
3. เทคโนโลยีพื้นฐานของการผลิตและการแปรรูปวัสดุโพลีเมอร์
4. เทคโนโลยีพื้นฐานในการผลิตผลิตภัณฑ์ยาง
แหล่งกำเนิดและองค์ประกอบของน้ำมัน การผลิตน้ำมันและการเตรียมการสำหรับการแปรรูป
ทั้งหมด สายพันธุ์ที่รู้จักเชื้อเพลิง มูลค่าสูงสุดมีเชื้อเพลิงอินทรีย์ซึ่งทำให้เกิดการเผาไหม้ พลังงานความร้อนและการแปรรูป-วัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมเคมี
ปัจจุบันผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม (ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด พวกเขาผลิตในประเทศของเราด้วยดังนั้นเราจะพิจารณาเทคโนโลยีการกลั่นน้ำมันอย่างละเอียด
น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงฟอสซิลเหลว มักจะอยู่ที่ระดับความลึก 1,2 -2 กม. ขึ้นไปในหินที่มีรูพรุนหรือร้าว (ทราย หินทราย หินปูน) น้ำมันเป็นของเหลวมันตั้งแต่สีน้ำตาลอ่อนถึงสีน้ำตาลเข้ม มีกลิ่นเฉพาะ ความหนาแน่น 0.65-1.05 g/cm3 ในองค์ประกอบ น้ำมันเป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของไฮโดรคาร์บอน ซึ่งส่วนใหญ่เป็นพาราฟินและแนฟเทนิก และมีอะโรมาติกในระดับที่น้อยกว่า องค์ประกอบของธาตุ ( เศษส่วนมวล, %): คาร์บอน (C) - 82-87, ไฮโดรเจน (H) - 11-14, ซัลเฟอร์ (S) - OD-5.5
มีสามทางเลือกสำหรับการประมวลผลทั้งนี้ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์ที่ได้จากน้ำมัน:
เชื้อเพลิง , ใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงมอเตอร์และหม้อไอน้ำ
เชื้อเพลิงและน้ำมัน , ซึ่งผลิตน้ำมันเชื้อเพลิงและน้ำมันหล่อลื่น
ปิโตรเคมี (เชิงซ้อน) ผลิตภัณฑ์ซึ่งไม่เพียงแต่เป็นเชื้อเพลิงและน้ำมันเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมเคมีด้วย (โอเลฟินส์ อะโรมาติกและไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัว เป็นต้น)
เชื้อเพลิงเหลวที่ได้จากน้ำมันขึ้นอยู่กับการใช้งานแบ่งออกเป็น:
คาร์บูเรเตอร์(น้ำมันเบนซินการบินและรถยนต์) - สำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายใน
ปฏิกิริยา(น้ำมันก๊าด) - สำหรับเครื่องยนต์เจ็ทและกังหันก๊าซ
ดิซ เอลโน(น้ำมันแก๊ส, ดีเซลกลั่น) - สำหรับเครื่องยนต์ดีเซล .
ห้องหม้อไอน้ำ(น้ำมันเชื้อเพลิง) - สำหรับเตาเผาหม้อไอน้ำ ชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เตาหลอมโลหะ โดยทั่วไป การกลั่นน้ำมันให้เป็นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมประกอบด้วยกระบวนการสกัด การเตรียม และกระบวนการแปรรูปขั้นต้นและขั้นทุติยภูมิ
การผลิตน้ำมันดำเนินการโดยการขุดบ่อน้ำ
การตระเตรียมน้ำมันที่สกัดจากดินใต้ผิวดินประกอบด้วยการขจัดสิ่งสกปรกออกจากมัน (ก๊าซที่เกี่ยวข้อง, น้ำก่อตัวด้วยเกลือแร่, การรวมเชิงกล) และทำให้องค์ประกอบของมันคงที่ การดำเนินการเหล่านี้ดำเนินการโดยตรงที่แหล่งน้ำมันและที่โรงกลั่นน้ำมัน
การกลั่นน้ำมันเบื้องต้น, ดำเนินการโดยวิธีการทางกายภาพ (การกลั่นโดยตรงเป็นหลัก) ประกอบด้วยการแบ่งออกเป็นเศษส่วนแยกกัน (การกลั่น) ซึ่งแต่ละส่วนเป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน
การกลั่นน้ำมันทุติยภูมิแสดงถึงกระบวนการที่หลากหลายในการแปรรูปผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมที่ได้จากการแปรรูปเบื้องต้น กระบวนการเหล่านี้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงแบบทำลายล้างของไฮโดรคาร์บอนที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมและเป็นกระบวนการทางเคมีที่สำคัญ
การกลั่นน้ำมันโดยตรง การแคร็กของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม
กระบวนการ การกลั่นแบบตรง ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์การระเหยและการควบแน่นของสารผสมที่มีจุดเดือดต่างกัน
ส่วนผสมเริ่มเดือดที่อุณหภูมิเท่ากับ อุณหภูมิเฉลี่ยเดือด ส่วนประกอบ- ในกรณีนี้ ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำเป็นส่วนใหญ่ (มีความหนาแน่นต่ำกว่าและเดือดที่อุณหภูมิต่ำกว่า) จะผ่านเข้าสู่เฟสไอ และส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูง (มีความหนาแน่นสูงกว่าและมีจุดเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่า) จะยังคงอยู่ในสถานะของเหลว ถ้าเฟสไอที่เกิดขึ้นถูกเอาออกและทำให้เย็นลง เฟสของเหลวจะควบแน่นจากเฟสนั้น ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูง (หนัก) ส่วนใหญ่จะผ่านเข้าไป และส่วนประกอบที่มีแสงจะยังคงอยู่ในสถานะเป็นไอ
ดังนั้นจะได้เศษส่วนสามส่วนจากส่วนผสมเริ่มต้น หนึ่งในนั้นซึ่งยังคงเป็นของเหลวเมื่อเดือด มีส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงเป็นส่วนใหญ่ ประการที่สองควบแน่นมีองค์ประกอบใกล้เคียงกับองค์ประกอบของส่วนผสมดั้งเดิม ไอระเหยที่สามประกอบด้วยส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำเป็นส่วนใหญ่
เนื่องจากกระบวนการต้มและการกลั่นตัวของเศษส่วนที่เกิดขึ้นเพียงครั้งเดียว (การกลั่น) หรือหลายครั้ง (การกลั่น) จึงเป็นไปได้ที่จะสามารถแยกส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำและสูงได้อย่างสมบูรณ์
กระบวนการการกลั่นน้ำมันโดยตรงประกอบด้วยสี่ขั้นตอนหลัก: การทำความร้อนส่วนผสม การระเหย การควบแน่น และการทำความเย็นของเศษส่วนที่เกิดขึ้น
โรงงานกลั่นน้ำมันแบ่งออกเป็น 2 ประเภท ขึ้นอยู่กับความลึกของการกลั่นน้ำมัน:
ขั้นตอนเดียว ทำงานที่ความดันบรรยากาศ (AT)
สองขั้นตอน (สูญญากาศบรรยากาศ) (AVT) ซึ่งตามกฎแล้วขั้นตอนแรกทำงานที่ความดันบรรยากาศและอีกขั้นตอนหนึ่งที่ความดันต่ำกว่าบรรยากาศ (5-8 kPa) -
ในการกลั่นแบบสองขั้นตอน น้ำมันจะถูกแยกเกลือและทำให้แห้งก่อน จากนั้นจึงให้ความร้อนในเตาเผาแบบท่อขั้นแรกที่อุณหภูมิ 300 - 350 ° C (25 - 30 ° C เหนือจุดเดือด) การแยกน้ำมันออกเป็นเศษส่วนจะดำเนินการในคอลัมน์การกลั่นซึ่งเป็นอุปกรณ์ทรงกระบอกที่มีความสูง 25 - 55 ม. และมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 - 7 ม. ป้อนน้ำมันอุ่นไว้ที่ส่วนล่างของคอลัมน์ น้ำมันเดือดและแบ่งออกเป็นสองขั้นตอน: ไอและของเหลว ผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวไหลลงมาและไอระเหยจะลอยขึ้นมาในคอลัมน์ ใน ส่วนบนคอลัมน์จ่ายของเหลวชลประทาน (ไหลย้อน) ไอระเหยที่เพิ่มขึ้นจากด้านล่างจะสัมผัสซ้ำกันตามความสูงของคอลัมน์โดยมีเฟสของเหลวไหล เมื่อพบกับไอร้อนที่เพิ่มขึ้น ของเหลวที่ชลประทานในคอลัมน์จะร้อนขึ้นและระเหยไปบางส่วน ไอระเหยที่ให้ความร้อนควบแน่นและคอนเดนเสทจะไหลลงสู่ส่วนล่างของคอลัมน์ เมื่อไอเพิ่มขึ้น อุณหภูมิของมันจะลดลง ในขณะที่เสมหะที่ไหลลงมาจะมีความเข้มข้นมากขึ้นในเศษส่วนที่หนัก และไอที่เพิ่มขึ้นในเศษส่วนแสง ที่ด้านล่างของคอลัมน์ จะมีการรวบรวมของเหลวที่มีเศษส่วนที่หนักที่สุด (น้ำมันเชื้อเพลิง) น้ำมันเชื้อเพลิงจะถูกระบายออกจากด้านล่างของคอลัมน์และระบายความร้อนในตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ซึ่งจะทำให้น้ำมันที่จ่ายให้กับคอลัมน์ร้อนขึ้น
เพื่อรักษากระบวนการเดือด ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะถูกส่งไปยังคอลัมน์การกลั่น ซึ่งจะนำเศษเศษส่วนแสงที่เหลือซึ่งไม่เคยระเหยไปก่อนหน้านี้ไปด้วย เศษน้ำมันเบนซินที่เบาที่สุดที่อุณหภูมิ 180 - 200 ° C จะถูกลบออกจากคอลัมน์ในรูปของไอลงในคอนเดนเซอร์และแยกออกจากน้ำในตัวแยก ส่วนของน้ำมันเบนซินจะถูกส่งกลับไปยังคอลัมน์เพื่อการชลประทาน
สิ่งที่เรียกว่าเศษส่วนตรงกลางจะถูกลบออกจากโซนกลางของคอลัมน์: น้ำมันก๊าด จุดเดือดที่อุณหภูมิ 200 - 300 °C และน้ำมันแก๊ส (จุดเดือด 300 - 350 °C) บางครั้งเศษส่วนอื่นๆ จะถูกลบออกด้วย เช่น แนฟทา (160-200 °C) เศษส่วนน้ำมันก๊าด (270-320 °C)
น้ำมันเชื้อเพลิงที่ได้รับหลังจากการกลั่นครั้งแรก (ผลผลิตประมาณ 55% ของน้ำมันเดิม) จากคอลัมน์การกลั่นครั้งแรกจะถูกปั๊มเข้าไปในเตาหลอมแบบท่อขั้นที่สอง ซึ่งจะถูกให้ความร้อนถึง 400 - 420 °C จากเตาเผาน้ำมันเชื้อเพลิงจะเข้าสู่คอลัมน์การกลั่นครั้งที่สองซึ่งทำงานที่ความดันต่ำกว่าบรรยากาศ (ความดันตกค้าง - 5 - 8 kPa) น้ำมันดินจะถูกลบออกจากส่วนล่างของคอลัมน์นี้ และเลือกน้ำมันกลั่นตามความสูง
ผลผลิตของหน่วยสองขั้นตอนคือ 8 - 9,000 ตันน้ำมันต่อวัน ผลผลิตของน้ำมันเบนซินในระหว่างการกลั่นโดยตรงขึ้นอยู่กับองค์ประกอบเศษส่วนของน้ำมันและอยู่ในช่วง 3 ถึง 1 5%
พื้นฐานของเทคโนโลยีการแคร็กผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมผลผลิตน้ำมันเบนซินที่ค่อนข้างต่ำ (มากถึง 15%) ในระหว่างการกลั่นโดยตรงทำให้จำเป็นต้องแปรรูปเศษส่วนอื่น ๆ ที่มีคุณค่าน้อยกว่าซึ่งได้รับระหว่างการกลั่นน้ำมันโดยตรงและมีโมเลกุลไฮโดรคาร์บอนหนัก การประมวลผลนี้เรียกว่าการแคร็ก
แคร็ก(ภาษาอังกฤษ, เสียงดังเอี๊ยด- แยก, แยก) - การแยกโมเลกุลยาวของไฮโดรคาร์บอนหนักที่รวมอยู่ในองค์ประกอบ เช่น น้ำมันเชื้อเพลิง ออกเป็นโมเลกุลเบาที่สั้นกว่าของผลิตภัณฑ์ที่มีจุดเดือดต่ำเล็กน้อย
ปัจจัยหลักที่มีอิทธิพลต่อกระบวนการแคร็กคืออุณหภูมิและเวลาในการจับยึด ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นและเวลาในการจับยึดนานขึ้น อิ่มมากขึ้นกระบวนการและผลผลิตของผลิตภัณฑ์แคร็กที่สูงขึ้น ตัวเร่งปฏิกิริยามีอิทธิพลอย่างมากต่อทิศทางและทิศทางของกระบวนการแคร็ก ด้วยการเลือกตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม สามารถทำปฏิกิริยาได้ที่อุณหภูมิต่ำลง สินค้าที่จำเป็นและเพิ่มผลผลิตของพวกเขา
จากข้อมูลข้างต้น การแตกร้าวมีสองประเภท: ความร้อนและตัวเร่งปฏิกิริยา
การแตกร้าวด้วยความร้อนดำเนินการที่อุณหภูมิสูงขึ้นภายใต้ แรงดันสูง(อุณหภูมิ 450-500 °C และความดัน 2-7 MPa) วัตถุประสงค์หลักของการแตกร้าวด้วยความร้อนคือการได้รับเชื้อเพลิงเบาจากน้ำมันเชื้อเพลิงหรือน้ำมันดิน
การแตกร้าวด้วยความร้อนจะดำเนินการในเตาเผาแบบท่อซึ่งมีการย่อยสลายไฮโดรคาร์บอนหนัก
จากนั้น ส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ที่แคร็กและวัตถุดิบที่ไม่ทำปฏิกิริยาจะผ่านเครื่องระเหย ซึ่งครีตจะถูกแยกออก เช่น สารที่ไม่สามารถแตกร้าวได้ ผลิตภัณฑ์เบาเข้าสู่คอลัมน์การกลั่นเพื่อแยกและรับเศษส่วนเชิงพาณิชย์เบา เมื่อเกิดการแตกร้าวด้วยความร้อน เช่น น้ำมันเชื้อเพลิง องค์ประกอบโดยประมาณของผลิตภัณฑ์มีดังนี้: น้ำมันเบนซินที่แตกร้าว - 30-35%, ก๊าซที่แตกร้าว - 10-15, สารตกค้างที่แตกร้าว - 50-55% น้ำมันเบนซินที่ใช้แคร็กเป็นส่วนประกอบของน้ำมันเบนซินที่ใช้สำหรับเครื่องยนต์ ก๊าซแคร็กใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือวัตถุดิบในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ สารตกค้างจากการแตกร้าวซึ่งเป็นส่วนผสมของสารเรซินและแอสฟัลต์ทีน ถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงหม้อไอน้ำหรือวัตถุดิบในการผลิตน้ำมันดิน
การแตกร้าวด้วยความร้อนสามารถมีได้สองประเภท: อุณหภูมิต่ำ (visbreaking) และอุณหภูมิสูง (ไพโรไลซิส)
การแคร็กที่อุณหภูมิต่ำจะดำเนินการที่อุณหภูมิ 440-500 °C และความดัน 1.9-3 MPa ในขณะที่ระยะเวลากระบวนการคือ 90-200 วินาที ส่วนใหญ่จะใช้เพื่อผลิตเชื้อเพลิงหม้อไอน้ำจากน้ำมันเชื้อเพลิงและน้ำมันดิน
การแตกร้าวที่อุณหภูมิสูงเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 530-600 °C และความดัน 0.12-0.6 MPa และคงอยู่ 0.5-3 วินาที วัตถุประสงค์หลักคือเพื่อผลิตน้ำมันเบนซินและเอทิลีน โพรพิลีน อะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน และอนุพันธ์ของพวกมันเกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้
ตัวเร่งปฏิกิริยาแคร็ก- การแปรรูปผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา ใน เมื่อเร็วๆ นี้วิธีการนี้มีการใช้กันมากขึ้นในการผลิตผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเบา รวมถึงน้ำมันเบนซิน ข้อดีของมัน ได้แก่ :
ความเร็วกระบวนการสูง สูงกว่าความเร็วของการแตกร้าวด้วยความร้อน 500-4,000 เท่า ส่งผลให้สภาวะกระบวนการน้อยลงและการใช้พลังงานลดลง
การเพิ่มผลผลิตเชิงพาณิชย์รวมถึงน้ำมันเบนซินโดยมีค่าออกเทนสูงและมีเสถียรภาพมากขึ้นในระหว่างการกรน
ความเป็นไปได้ของการดำเนินการตามกระบวนการใน ในทิศทางที่ถูกต้องและได้รับผลิตภัณฑ์ที่มีองค์ประกอบบางอย่าง
ทางออกใหญ่ก๊าซไฮโดรคาร์บอนซึ่งเป็นวัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์
การใช้วัตถุดิบที่มีปริมาณกำมะถันสูงเนื่องจากการเติมไฮโดรเจน สารประกอบกำมะถันและปล่อยเข้าสู่ขั้นตอนก๊าซแล้วกำจัดทิ้งในภายหลัง
อะลูมิโนซิลิเกตสังเคราะห์ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในหน่วยการแตกตัวของตัวเร่งปฏิกิริยา
ผลิตภัณฑ์แคร็กตัวเร่งปฏิกิริยาจากเครื่องปฏิกรณ์จะเข้าสู่คอลัมน์การกลั่น ซึ่งจะถูกแยกออกเป็นก๊าซ น้ำมันเบนซิน น้ำมันก๊าซเร่งปฏิกิริยาเบาและหนัก วัตถุดิบที่ไม่ทำปฏิกิริยาจากด้านล่างของคอลัมน์จะถูกส่งกลับไปยังเครื่องปฏิกรณ์
ผลผลิตโดยประมาณของผลิตภัณฑ์ระหว่างการแคร็กด้วยตัวเร่งปฏิกิริยามีดังนี้: น้ำมันเบนซินที่แตกร้าว - 35 - 40%; ก๊าซแคร็ก - 15% น้ำมันแก๊สแคร็กเบา - 35 - 40% น้ำมันแก๊สแคร็กหนัก - 5-8%
น้ำมันเบนซินตัวเร่งปฏิกิริยามีคุณสมบัติด้านประสิทธิภาพที่ดี ก๊าซแคร็กตัวเร่งปฏิกิริยามีความโดดเด่นด้วยปริมาณไอโซบิวเทนและบิวทิลีนที่มีปริมาณสูง ซึ่งใช้ในการผลิตยางสังเคราะห์
ตัวเร่งปฏิกิริยาแคร็กชนิดหนึ่งคือ การปฏิรูปปฏิกิริยาที่มุ่งเป้าไปที่การก่อตัวของอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนและไอโซเมอร์เป็นหลัก การปฏิรูปประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับตัวเร่งปฏิกิริยา:
Platforming (ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แพลตตินัม);
การปฏิรูป (ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้รีเนียม)
ในทางปฏิบัติสิ่งที่แพร่หลายที่สุดคือการวางแพลตฟอร์มซึ่งเป็นกระบวนการเร่งปฏิกิริยาสำหรับการประมวลผลเศษส่วนของน้ำมันเบนซิน - แนฟทาของการกลั่นโดยตรงซึ่งดำเนินการต่อหน้าไฮโดรเจน หากการขึ้นแท่นดำเนินการที่อุณหภูมิ 480 - 510 ° C และความดันตั้งแต่ 15-10 5 ถึง 3 10 6 Pa ผลลัพธ์ก็คือการก่อตัวของเบนซีนโทลูอีนและไซลีน ที่ความดัน 5 10 6 Pa จะได้น้ำมันเบนซินซึ่งมีความเสถียรสูงสุดและมีปริมาณกำมะถันต่ำ
นอกจากผลิตภัณฑ์ที่เป็นของเหลวแล้ว วิธีการปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยาทั้งหมดยังผลิตก๊าซที่มีไฮโดรเจน มีเทน โพรเพน และบิวเทน ก๊าซปฏิรูปใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการสังเคราะห์สารอินทรีย์และอนินทรีย์: เมทานอล ( เอทิลแอลกอฮอล์) แอมโมเนีย และสารประกอบอื่นๆ ผลผลิตของก๊าซปฏิกรณ์ตัวเร่งปฏิกิริยาคือ 5-15% ของมวลของวัตถุดิบ ขั้นตอนสุดท้ายของการกลั่นน้ำมันคือ การทำให้บริสุทธิ์ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม , ซึ่งดำเนินการโดยวิธีเคมีและเคมีกายภาพ วิธีการทางเคมีในการทำให้ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมบริสุทธิ์ ได้แก่ การทำให้บริสุทธิ์ด้วยกรดซัลฟิวริกและการใช้ไฮโดรเจน (ไฮโดรทรีตติ้ง) และวิธีการทางเคมีกายภาพ - วิธีการดูดซับและการดูดซึมให้บริสุทธิ์
การทำความสะอาดกรดซัลฟูริกประกอบด้วยความจริงที่ว่าผลิตภัณฑ์ผสมกับ H 2 SO 4 จำนวนเล็กน้อย 90-93% ที่อุณหภูมิปกติ ส่งผลให้ ปฏิกิริยาเคมีได้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์และของเสียที่สามารถนำไปใช้ผลิตกรดซัลฟิวริกได้
ไฮโดรทรีตติ้งประกอบด้วยปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาอลูมิเนียมโคบอลต์โมลิบดีนัมที่อุณหภูมิ 380-420 ° C และความดันตั้งแต่ 35 10 5 ถึง 4 10 6 Pa และการกำจัดไฮโดรเจนซัลไฟด์แอมโมเนียและ น้ำ.
ที่ วิธีทำความสะอาดแบบดูดซับ ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมได้รับการบำบัดด้วยดินเหนียวฟอกขาวหรือซิลิกาเจล ในกรณีนี้ สารประกอบที่มีซัลเฟอร์และออกซิเจน เรซิน และไฮโดรคาร์บอนที่สามารถเป็นแร่ได้ง่ายจะถูกดูดซับ
วิธีทำความสะอาดแบบดูดซับประกอบด้วยการละลายแบบเลือก (เลือก) ของส่วนประกอบที่เป็นอันตรายของผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม ซัลเฟอร์ไดออกไซด์เหลว, เฟอร์ฟูรัล, ไนโตรเบนซีน, ไดคลอเอทิลอีเทอร์ ฯลฯ มักจะใช้เป็นตัวทำละลายแบบคัดเลือก
หลังจากการทำให้บริสุทธิ์ ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมจะไม่คงตัวเสมอไป ในกรณีเหล่านี้ สารต้านอนุมูลอิสระ (สารยับยั้ง) จะถูกเติมเข้าไปในปริมาณที่น้อยมาก ซึ่งจะทำให้ปฏิกิริยาออกซิเดชันของสารเรซินที่ประกอบเป็นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมช้าลงอย่างมาก ฟีนอล อะโรมาติกเอมีน และสารประกอบอื่นๆ ถูกใช้เป็นตัวยับยั้ง การกลั่นน้ำมันมีลักษณะเฉพาะ ระดับสูงต้นทุนวัตถุดิบ (50-75% ของต้นทุนผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม) พลังงานไฟฟ้าและความร้อนตลอดจนสินทรัพย์ถาวร ระดับต้นทุนในการกลั่นน้ำมันขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำมันซึ่งกำหนดความลึกของการประมวลผล โครงการเทคโนโลยีการแปรรูป ระดับการเตรียมวัตถุดิบสำหรับการแปรรูป เป็นต้น ดังนั้น เมื่อแปรรูปน้ำมันที่มีกำมะถันสูง ต้นทุนเพิ่มเติมและต้นทุนการดำเนินงานสำหรับการสูบและการเตรียมการจะสูงกว่าการประมวลผลน้ำมันที่มีกำมะถันต่ำประมาณ 1.5 ในทางกลับกัน น้ำมันที่มีความหนืดพาราฟินสูงจะต้องเสียค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับการดีแว็กซ์ การปั๊ม และการเก็บรักษา
คำจำกัดความ
องค์ประกอบที่เป็นฝ่าย- สำหรับสารแต่ละชนิด จุดเดือดที่ความดันที่กำหนดจะเป็นค่าคงที่ทางกายภาพ เนื่องจากน้ำมันเป็นส่วนผสม จำนวนมาก สารอินทรีย์เนื่องจากมีความดันไออิ่มตัวต่างกันจึงไม่สามารถพูดถึงจุดเดือดของน้ำมันได้
ภายใต้เงื่อนไขของการกลั่นน้ำมันหรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมในห้องปฏิบัติการที่อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นทีละน้อย ส่วนประกอบแต่ละส่วนจะถูกกลั่นออกเพื่อเพิ่มจุดเดือด หรือจะเหมือนกันในลำดับความดันไออิ่มตัวที่ลดลง ดังนั้นน้ำมันและผลิตภัณฑ์จึงไม่ได้ถูกกำหนดลักษณะโดยจุดเดือด แต่โดยขีดจำกัดอุณหภูมิของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของการเดือด และผลผลิตของเศษส่วนแต่ละส่วนที่ถูกกลั่นในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด จากผลการกลั่น องค์ประกอบที่เป็นเศษส่วนจะถูกตัดสิน
ฝ่ายคือเศษส่วนของน้ำมันที่เดือดออกไปในช่วงอุณหภูมิที่กำหนด น้ำมันเดือดในช่วงอุณหภูมิที่กว้างมาก โดยส่วนใหญ่อยู่ระหว่าง 28 ถึง 520-540°C
องค์ประกอบที่เป็นเศษส่วนของน้ำมันถูกกำหนดโดยวิธีมาตรฐาน (GOST 2177–82) ตามผลการทดสอบในห้องปฏิบัติการเมื่อแยกสารประกอบด้วยจุดเดือดโดยการแยกน้ำมัน (กลั่น) การกลั่นหรือส่วนผสมของสารประกอบใน AVT (หลอดสุญญากาศบรรยากาศ) การติดตั้งเริ่มเดือด
เศษส่วนจะพิจารณาถึงอุณหภูมิที่ไอระเหยหยดแรกตกลงมาสิ้นสุดการต้ม
เมื่อศึกษาน้ำมันชนิดใหม่ องค์ประกอบที่เป็นเศษส่วนจะถูกกำหนดโดยใช้เครื่องกลั่นมาตรฐานที่ติดตั้งคอลัมน์การกลั่น สิ่งนี้ช่วยให้คุณปรับปรุงความชัดเจนของการแยกและการสร้างได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยขึ้นอยู่กับผลลัพธ์ของการแยกส่วนที่เรียกว่าเส้นโค้งจุดเดือดจริง (TBC) ในอุณหภูมิพิกัด - อัตราผลตอบแทนเศษส่วนในหน่วย % (wt.) การเลือกเศษส่วนที่มีอุณหภูมิสูงถึง 200°C จะดำเนินการที่ความดันบรรยากาศ และส่วนที่เหลือจะดำเนินการภายใต้สุญญากาศต่างๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการสลายตัวเนื่องจากความร้อน ตามวิธีการที่ได้รับการยอมรับ ตั้งแต่จุดเริ่มต้นของการเดือดจนถึง 300°C เศษส่วน 10 องศา และ 50 องศาจะถูกเลือกให้เป็นเศษส่วนที่มีจุดเดือดสุดท้ายที่ 475-550°C
เศษส่วนน้ำมัน
ขึ้นอยู่กับช่วงอุณหภูมิจุดเดือด เศษส่วนของน้ำมัน (ผลิตภัณฑ์แยกน้ำมัน) แบ่งออกเป็น:
- ก๊าซไฮโดรคาร์บอน- นำออกจากการติดตั้งในรูปแบบก๊าซและของเหลว (“ หัวคงตัว”) ส่งไปแปรรูปเพิ่มเติมไปยังการติดตั้งการแยกส่วนก๊าซและใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเตาโรงกลั่นน้ำมัน
- เศษส่วนน้ำมันเบนซิน- เดือดในช่วง 50-180°C ใช้เป็นส่วนประกอบของน้ำมันเบนซินเชิงพาณิชย์ วัตถุดิบสำหรับการปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยาและหน่วยไพโรไลซิส ถูกเปิดเผย การกลั่นขั้นที่สองเพื่อให้ได้เศษส่วนแคบ
- เศษส่วนน้ำมันก๊าด- เดือดภายในช่วงอุณหภูมิ 140-220°C (180-240°C) ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์คาร์บูเรเตอร์แบบเจ็ทและรถแทรกเตอร์ สำหรับให้แสงสว่าง เป็นวัตถุดิบสำหรับหน่วยบำบัดด้วยไฮโดรทรีตติ้ง
- ส่วนดีเซล (น้ำมันแก๊สเบาหรือบรรยากาศ, น้ำมันดีเซลกลั่น)- เดือดในช่วงอุณหภูมิ 180-350°C (220-350°C, 240-350°C) ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซลและวัตถุดิบสำหรับหน่วยบำบัดน้ำเสีย
- น้ำมันเชื้อเพลิง - สารตกค้างจากการกลั่นในบรรยากาศ- มีจุดเดือดสูงกว่า 350°C ใช้เป็นเชื้อเพลิงหม้อไอน้ำหรือวัตถุดิบสำหรับการบำบัดด้วยไฮโดรทรีตติ้งและการแตกตัวด้วยความร้อน
- เครื่องกลั่นสุญญากาศ (น้ำมันแก๊สสุญญากาศ)- เดือดในช่วง 350-500°C ใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาแตกตัวและไฮโดรแคร็กกิ้ง ที่โรงกลั่นซึ่งมีรูปแบบการแปรรูปน้ำมัน จะมีการผลิตเครื่องกลั่นสุญญากาศหลายตัว (2-3) เครื่อง:
- การกลั่นหม้อแปลงไฟฟ้า (เศษน้ำมันเบา)- เดือดภายในอุณหภูมิ 300-400°C (350-420°C)
- เครื่องกลั่น (เศษน้ำมันกลาง)- เดือดภายในอุณหภูมิ 400-450°C (420-490°C)
- กระบอกกลั่น (เศษน้ำมันหนัก)- เดือดออกไปภายในอุณหภูมิ 450-490°C;
- ทาร์- สารตกค้างจากการกลั่นน้ำมันแบบสุญญากาศในชั้นบรรยากาศ จะเดือดที่อุณหภูมิสูงกว่า 500°C (490°C) และใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับการแตกร้าวด้วยความร้อน การถ่านโค้ก และการผลิตน้ำมันดินและน้ำมัน
การกำหนดองค์ประกอบเศษส่วน
องค์ประกอบเศษส่วนถูกกำหนดโดยวิธีมาตรฐานตาม GOST 2177-99 (วิธีนี้คล้ายกับการกลั่นของ Engler ซึ่งแพร่หลายในต่างประเทศ) รวมถึงวิธีการต่างๆ โดยใช้คอลัมน์ในห้องปฏิบัติการ เพื่อคำนวณจุดเดือดที่ได้จากการกลั่นแบบมาตรฐานใหม่ ( ทีโกสท์) ถึงอุณหภูมิจุดเดือดจริง ( เข้าใจแล้ว) สูตรที่เสนอ:
เริ่มอุณหภูมิ ขอบคุณและจุดสิ้นสุด ที เคเคจุดเดือดตาม ITC สามารถกำหนดได้โดยใช้สูตร:
ที่ การกำหนดองค์ประกอบเศษส่วนน้ำมันหรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมถูกกลั่นในอุปกรณ์มาตรฐานภายใต้เงื่อนไขบางประการและกราฟการกลั่นถูกพล็อตในระบบพิกัด แกน x คือผลผลิตของเศษส่วน (การกลั่น) ในหน่วย % (ปริมาตร) หรือ % (wt.) และ แกน y คือจุดเดือดที่มีหน่วยเป็น°C
เมื่อให้ความร้อนแก่ส่วนผสมที่ซับซ้อน เช่น น้ำมัน ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำซึ่งมีความผันผวนสูงจะผ่านเข้าสู่เฟสไอก่อน ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงบางส่วนจะทิ้งไว้ด้วย แต่ความเข้มข้นของส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำในไอจะมากกว่าในของเหลวเดือดเสมอ เนื่องจากส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำถูกกลั่นออกไป สารตกค้างจึงจะมีส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงมากขึ้น เนื่องจากความดันไอของส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงที่อุณหภูมิที่กำหนดต่ำกว่าความดันภายนอก การเดือดจึงอาจยุติลงในที่สุด เพื่อให้เดือดไม่หยุด ของเหลวที่ตกค้างจะถูกให้ความร้อนอย่างต่อเนื่อง ในเวลาเดียวกัน ส่วนประกอบใหม่ๆ ที่มีจุดเดือดเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จะผ่านเข้าไปในไอ ไอไอเสียจะถูกควบแน่น และคอนเดนเสทที่ได้จะถูกเลือกตามช่วงจุดเดือดของส่วนประกอบต่างๆ ในรูปแบบของเศษส่วนน้ำมันที่แยกจากกัน
การกลั่นน้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมเพื่อแยกออกเป็นเศษส่วนสามารถทำได้ด้วยการระเหยทีละน้อยหรือระเหยเพียงครั้งเดียว ในระหว่างการกลั่นด้วยการระเหยทีละน้อย ไอระเหยที่เกิดขึ้นจะถูกกำจัดออกจากเครื่องกลั่นอย่างต่อเนื่อง จากนั้นจะถูกควบแน่นและทำให้เย็นลงในเครื่องควบแน่น-ตู้เย็น และรวบรวมไว้ในเครื่องรับในรูปของเศษส่วนของเหลว
ในกรณีที่ไอที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการให้ความร้อนไม่ได้ถูกกำจัดออกจากเครื่องกลั่นจนกว่าจะถึงอุณหภูมิที่กำหนด ซึ่งเฟสไอจะถูกแยกออกจากเฟสของเหลวในขั้นตอนเดียว (ครั้งเดียว) กระบวนการนี้เรียกว่าการกลั่นแบบแฟลช หลังจากนี้ จะมีการสร้างเส้นโค้ง OI
เป็นไปไม่ได้ที่จะแยกผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมออกเป็นเศษส่วนแคบๆ อย่างชัดเจนไม่ว่าจะทีละน้อยหรือมากยิ่งกว่านั้นด้วยการระเหยเพียงครั้งเดียว เนื่องจากส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงบางส่วนผ่านเข้าไปในการกลั่น และส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำบางส่วนยังคงอยู่ในของเหลว เฟส ดังนั้นจึงใช้การกลั่นด้วยกรดไหลย้อนหรือการแก้ไข ในการทำเช่นนี้ น้ำมันหรือผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมจะถูกให้ความร้อนในขวด ไอระเหยที่เกิดขึ้นระหว่างการกลั่นซึ่งเกือบจะไม่มีส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงจะถูกทำให้เย็นลงในอุปกรณ์พิเศษ - คอนเดนเซอร์ไหลย้อนและเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลว - เสมหะ เสมหะไหลลงมาบรรจบกับไอระเหยที่เพิ่งเกิดขึ้นใหม่ จากการแลกเปลี่ยนความร้อน ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำของกรดไหลย้อนจะระเหยออกไป และส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงของไอควบแน่นจะระเหยไป ด้วยการสัมผัสไอระเหยนี้ การแยกออกเป็นเศษส่วนได้ชัดเจนยิ่งขึ้นกว่าการไม่มีกรดไหลย้อน
การแยกสารที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกิดขึ้นระหว่างการกลั่นด้วยการแก้ไข อุปกรณ์สำหรับการกลั่นดังกล่าวประกอบด้วยขวดกลั่น คอลัมน์กลั่น เครื่องควบแน่น-ตู้เย็น และเครื่องรับ
การแก้ไขจะดำเนินการในคอลัมน์การกลั่น ในระหว่างการแก้ไข การสัมผัสเกิดขึ้นระหว่างการไหลขึ้นของไอและคอนเดนเสทที่ไหลลง - ไหลย้อน ไอระเหยมีอุณหภูมิสูงกว่ากรดไหลย้อน ดังนั้นการแลกเปลี่ยนความร้อนจึงเกิดขึ้นเมื่อสัมผัสกัน ด้วยเหตุนี้ ส่วนประกอบที่มีจุดเดือดต่ำจากกรดไหลย้อนจะผ่านเข้าสู่เฟสไอ และส่วนประกอบที่มีจุดเดือดสูงจะควบแน่นและผ่านเข้าสู่เฟสของเหลว เพื่อดำเนินกระบวนการแก้ไขอย่างมีประสิทธิภาพ จำเป็นต้องมีการสัมผัสที่ใกล้เคียงที่สุดระหว่างเฟสของไอและของเหลว ซึ่งทำได้โดยใช้อุปกรณ์สัมผัสพิเศษที่วางอยู่ในคอลัมน์ (หัวฉีด แผ่น ฯลฯ) ความชัดเจนของการแยกส่วนประกอบของส่วนผสมส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับจำนวนขั้นตอนการสัมผัสและปริมาณของกรดไหลย้อน (การชลประทาน) ที่ไหลไปทางไอ ในการสร้างกรดไหลย้อน จะต้องวางคอนเดนเซอร์และตู้เย็นไว้ที่ด้านบนของคอลัมน์ จากผลลัพธ์ของการแก้ไขที่ชัดเจน กราฟ TTC (จุดเดือดที่แท้จริง) จะถูกสร้างขึ้น
การกำหนดองค์ประกอบเศษส่วนของน้ำมันและเศษส่วนของน้ำมันจะดำเนินการในสภาพห้องปฏิบัติการ แพร่หลายมากที่สุดในห้องปฏิบัติการที่เราได้รับ ประเภทต่อไปนี้การกลั่น
- การกลั่นโดยใช้หลักการของการระเหยทีละน้อย: การกลั่นน้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมอย่างง่าย ๆ โดยมีจุดเดือดสูงถึง 350°C:
- ที่ความดันบรรยากาศ
- การกลั่นผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมอย่างง่ายซึ่งมีจุดเดือดสูงกว่า 350°C ภายใต้แรงดันลดลง (ภายใต้สุญญากาศ)
- การกลั่นด้วยกรดไหลย้อน
- การกลั่นด้วยการแก้ไขที่ชัดเจน
น้ำมันดิบเป็นส่วนผสมที่ซับซ้อนของไฮโดรคาร์บอนและสารประกอบอื่นๆ ในรูปแบบนี้ไม่ค่อยได้ใช้ ขั้นแรกก็นำไปแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์อื่นๆที่มี การประยุกต์ใช้จริง- ดังนั้นน้ำมันดิบจึงถูกขนส่งโดยเรือบรรทุกหรือท่อไปยังโรงกลั่น
การกลั่นปิโตรเลียมเกี่ยวข้องกับกระบวนการทางกายภาพและเคมีหลายรูปแบบ: การกลั่นแบบแยกส่วน การแตกร้าว การเปลี่ยนรูป และการกำจัดซัลเฟอร์ไดออกไซด์
การกลั่นแบบเศษส่วน
น้ำมันดิบถูกแยกออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ โดยการกลั่นแบบง่าย แบบแยกส่วน และแบบสุญญากาศ ธรรมชาติของกระบวนการเหล่านี้ ตลอดจนจำนวนและองค์ประกอบของเศษส่วนน้ำมันที่ได้นั้น ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำมันดิบและข้อกำหนดสำหรับเศษส่วนต่างๆ
ประการแรก สิ่งเจือปนของก๊าซที่ละลายในนั้นจะถูกกำจัดออกจากน้ำมันดิบโดยการกลั่นแบบธรรมดา จากนั้นน้ำมันจะถูกนำไปกลั่นขั้นปฐมภูมิ ซึ่งส่งผลให้น้ำมันถูกแยกออกเป็นก๊าซ เศษส่วนเบาและปานกลาง และน้ำมันเชื้อเพลิง การกลั่นแบบเศษส่วนเพิ่มเติมของเศษส่วนเบาและปานกลาง รวมถึงการกลั่นน้ำมันเชื้อเพลิงแบบสุญญากาศ นำไปสู่การก่อตัวของเศษส่วนจำนวนมาก ในตาราง 18.6 แสดงช่วงจุดเดือดและองค์ประกอบของเศษส่วนน้ำมันต่างๆ และรูปที่ 1 รูปที่ 18.11 แสดงแผนภาพการออกแบบคอลัมน์การกลั่นเบื้องต้น (การกลั่น) สำหรับการกลั่นน้ำมัน ตอนนี้เรามาดูคำอธิบายคุณสมบัติของเศษส่วนน้ำมันแต่ละส่วนกันดีกว่า
ตารางที่ 18.6. เศษส่วนการกลั่นน้ำมันทั่วไป
ข้าว. 18.11. การกลั่นน้ำมันดิบเบื้องต้น
ห้องปฏิบัติการสกัดและการกลั่นที่สถาบันปิโตรเคมีแห่งอินเดีย
เศษส่วนของก๊าซ ก๊าซที่ได้รับระหว่างการกลั่นน้ำมันเป็นอัลเคนที่ไม่มีการแยกส่วนที่ง่ายที่สุด ได้แก่ อีเทน โพรเพน และบิวเทน ส่วนนี้มีชื่อเรียกอุตสาหกรรมว่า โรงกลั่นน้ำมัน (ปิโตรเลียม) ก๊าซ มันถูกแยกออกจากน้ำมันดิบก่อนนำไปกลั่นขั้นปฐมภูมิ หรือแยกออกจากส่วนของน้ำมันเบนซินหลังการกลั่นขั้นปฐมภูมิ ก๊าซโรงกลั่นใช้เป็นก๊าซเชื้อเพลิงหรือทำให้เป็นของเหลวภายใต้แรงกดดันเพื่อผลิตก๊าซปิโตรเลียมเหลว หลังจำหน่ายเป็นเชื้อเพลิงเหลวหรือใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเอทิลีนในโรงงานแคร็ก
เศษส่วนน้ำมันเบนซิน เศษส่วนนี้ใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงมอเตอร์ประเภทต่างๆ เป็นส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอนหลายชนิด รวมถึงอัลเคนแบบตรงและแบบกิ่งก้าน คุณลักษณะการเผาไหม้ของอัลเคนโซ่ตรงไม่เหมาะอย่างยิ่งกับเครื่องยนต์สันดาปภายใน ดังนั้นเศษส่วนของน้ำมันเบนซินจึงมักต้องผ่านการปฏิรูปด้วยความร้อน (ดูด้านล่าง) เพื่อแปลงโมเลกุลของสายตรงให้เป็นโมเลกุลที่แตกแขนง ก่อนการใช้งาน เศษส่วนนี้มักจะผสมกับอัลเคนที่มีกิ่งก้าน ไซโคลอัลเคน และสารประกอบอะโรมาติกที่ได้มาจากเศษส่วนอื่นโดยการเร่งปฏิกิริยาแคร็กหรือการปฏิรูป
คุณภาพของน้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิงจะถูกกำหนดโดยเลขออกเทน โดยระบุเปอร์เซ็นต์ปริมาตรของ 2,2,4-ไตรเมทิลเพนเทน (ไอโซออกเทน) ในส่วนผสมของ 2,2,4-ไตรเมทิลเพนเทนและเฮปเทน (อัลเคนสายโซ่ตรง) ที่มีลักษณะการน็อคการเผาไหม้แบบเดียวกับน้ำมันเบนซินที่กำลังทดสอบ
น้ำมันเชื้อเพลิงที่ไม่ดีจะมีค่าออกเทนเป็นศูนย์ และค่าออกเทนของเชื้อเพลิงที่ดีคือ 100 ค่าออกเทนของเศษส่วนน้ำมันเบนซินที่ได้จากน้ำมันดิบมักจะไม่เกิน 60 ลักษณะการเผาไหม้ของน้ำมันเบนซินได้รับการปรับปรุงโดยการเติมสารเติมแต่งป้องกันการน็อค ซึ่งใช้ในส่วนนี้ 15.2) ตะกั่ว Tetraethyl เป็นของเหลวไม่มีสีที่ได้มาจากการให้ความร้อนคลอโรอีเทนกับโลหะผสมของโซเดียมและตะกั่ว:
เมื่อน้ำมันเบนซินที่มีสารเติมแต่งนี้ไหม้ จะเกิดอนุภาคของตะกั่วและตะกั่ว (II) ออกไซด์ พวกมันชะลอการเผาไหม้เชื้อเพลิงเบนซินในบางขั้นตอนและป้องกันการระเบิด นอกจากตะกั่วเตตระเอทิลแล้ว 1,2-dibromoethane ยังถูกเติมลงในน้ำมันเบนซินด้วย ทำปฏิกิริยากับตะกั่วเกิดเป็นโบรไมด์ เนื่องจากโบรไมด์เป็นสารประกอบระเหย จึงถูกกำจัดออกจากเครื่องยนต์ทางไอเสีย (ดูหัวข้อ 15.2)
แนฟทา (แนฟทา). การกลั่นปิโตรเลียมเศษส่วนนี้ได้มาในช่วงเวลาระหว่างเศษส่วนของน้ำมันเบนซินและน้ำมันก๊าด ประกอบด้วยอัลเคนเป็นส่วนใหญ่ (ตารางที่ 18.7)
นอกจากนี้ แนฟทายังได้รับจากการกลั่นแบบแยกส่วนของส่วนของน้ำมันเบาที่ได้จากน้ำมันถ่านหิน (ดูตารางที่ 18.5) แนฟทาถ่านหินมีปริมาณอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนสูง
แนฟทาส่วนใหญ่ที่ได้จากการกลั่นปิโตรเลียมจะถูกแปรสภาพให้เป็นน้ำมันเบนซิน อย่างไรก็ตามมีการนำส่วนหนึ่งส่วนสำคัญไปใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตอื่นๆ สารเคมี(ดูด้านล่าง)
น้ำมันก๊าด ส่วนน้ำมันก๊าดของการกลั่นปิโตรเลียมประกอบด้วยอัลเคนอะลิฟาติก แนฟทาลีน (ดูด้านบน) และอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอน ส่วนหนึ่งถูกเปิดเผย
ตารางที่ 18.7. องค์ประกอบไฮโดรคาร์บอนของเศษส่วนแนฟทาของน้ำมันตะวันออกกลางทั่วไป
บริสุทธิ์เพื่อใช้เป็นแหล่งไฮโดรคาร์บอน-พาราฟินอิ่มตัว และอีกส่วนหนึ่งแตกเป็นน้ำมันเบนซิน อย่างไรก็ตาม น้ำมันก๊าดจำนวนมากถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงเครื่องบิน
น้ำมันแก๊ส. การกลั่นน้ำมันในส่วนนี้เรียกว่าเชื้อเพลิงดีเซล บางส่วนแตกร้าวเพื่อผลิตก๊าซโรงกลั่นและน้ำมันเบนซิน อย่างไรก็ตามน้ำมันแก๊สส่วนใหญ่จะใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล ใน เครื่องยนต์ดีเซลน้ำมันเชื้อเพลิงติดไฟเนื่องจากแรงดันที่เพิ่มขึ้น ดังนั้นจึงทำโดยไม่มีหัวเทียน น้ำมันแก๊สยังใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับเตาเผาอุตสาหกรรมอีกด้วย
น้ำมันเชื้อเพลิง เศษส่วนนี้จะยังคงอยู่หลังจากที่เศษส่วนอื่นๆ ทั้งหมดถูกกำจัดออกจากน้ำมันแล้ว ส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลวเพื่อให้ความร้อนแก่หม้อไอน้ำและผลิตไอน้ำในโรงงานอุตสาหกรรม โรงไฟฟ้า และเครื่องยนต์ของเรือ อย่างไรก็ตามน้ำมันเชื้อเพลิงบางส่วนจะถูกกลั่นสุญญากาศเพื่อผลิตน้ำมันหล่อลื่นและขี้ผึ้งพาราฟิน น้ำมันหล่อลื่นได้รับการกลั่นเพิ่มเติมโดยการสกัดด้วยตัวทำละลาย วัสดุที่มีความหนืดสีเข้มที่เหลืออยู่หลังจากการกลั่นน้ำมันเชื้อเพลิงแบบสุญญากาศเรียกว่า “น้ำมันดิน” หรือ “ยางมะตอย” ใช้ทำพื้นผิวถนน
เราได้พูดคุยกันว่าการกลั่นแบบเศษส่วนและแบบสุญญากาศ ควบคู่ไปกับการสกัดด้วยตัวทำละลาย สามารถแยกน้ำมันดิบออกเป็นเศษส่วนต่างๆ ที่มีความสำคัญในทางปฏิบัติได้อย่างไร กระบวนการทั้งหมดเหล่านี้เป็นกระบวนการทางกายภาพ แต่กระบวนการทางเคมีก็ใช้ในการกลั่นน้ำมันเช่นกัน กระบวนการเหล่านี้สามารถแบ่งออกเป็นสองประเภท: การแคร็กและการปฏิรูป
แคร็ก
ในกระบวนการนี้ โมเลกุลขนาดใหญ่ของเศษส่วนที่มีจุดเดือดสูงของน้ำมันดิบจะถูกแบ่งออกเป็นโมเลกุลขนาดเล็กซึ่งประกอบเป็นเศษส่วนที่มีจุดเดือดต่ำ การแคร็กเป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากความต้องการเศษส่วนน้ำมันที่มีจุดเดือดต่ำ โดยเฉพาะน้ำมันเบนซิน มักจะแซงหน้าความสามารถในการได้มาจากการกลั่นน้ำมันดิบแบบเศษส่วน
จากการแคร็กนอกจากน้ำมันเบนซินแล้วยังได้รับอัลคีนซึ่งจำเป็นสำหรับเป็นวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมเคมีอีกด้วย ในทางกลับกัน การแคร็กแบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก: การแตกร้าวแบบไฮโดรแคร็ก การแตกร้าวด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา และการแตกร้าวด้วยความร้อน
ไฮโดรแคร็กกิ้ง การแคร็กประเภทนี้ช่วยให้คุณสามารถแปลงเศษส่วนที่มีจุดเดือดสูงของน้ำมัน (ขี้ผึ้งและน้ำมันหนัก) ให้เป็นเศษส่วนที่มีจุดเดือดต่ำ กระบวนการไฮโดรแคร็กเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนแก่ส่วนที่แตกร้าวภายใต้แรงดันสูงมากในบรรยากาศไฮโดรเจน สิ่งนี้นำไปสู่การแตกของโมเลกุลขนาดใหญ่และการเติมไฮโดรเจนลงในชิ้นส่วนของมัน เป็นผลให้เกิดโมเลกุลอิ่มตัวที่มีขนาดเล็ก Hydrocracking ใช้ในการผลิตน้ำมันแก๊สและน้ำมันเบนซินจากเศษส่วนที่หนักกว่า
ตัวเร่งปฏิกิริยาแคร็ก วิธีนี้ส่งผลให้เกิดส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ที่อิ่มตัวและไม่อิ่มตัว การแคร็กด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาจะดำเนินการค่อนข้างมาก
อุณหภูมิต่ำและใช้ส่วนผสมของซิลิกาและอลูมินาเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ด้วยวิธีนี้น้ำมันเบนซินคุณภาพสูงและไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวจะได้มาจากเศษน้ำมันจำนวนมาก
การแตกร้าวด้วยความร้อน โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่ที่พบในเศษส่วนของปิโตรเลียมหนักสามารถแบ่งออกเป็นโมเลกุลขนาดเล็กลงได้โดยการให้ความร้อนเศษส่วนเหล่านี้ให้มีอุณหภูมิสูงกว่าจุดเดือด เช่นเดียวกับการแคร็กด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา จะได้ส่วนผสมของผลิตภัณฑ์ที่อิ่มตัวและไม่อิ่มตัว ตัวอย่างเช่น,
การแตกร้าวด้วยความร้อนโดยเฉพาะ สำคัญสำหรับการผลิตไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว เช่น เอทิลีนและโพรพีน สำหรับการแคร็กด้วยความร้อน จะใช้หน่วยแคร็กด้วยไอน้ำ ในการติดตั้งเหล่านี้ วัตถุดิบตั้งต้นของไฮโดรคาร์บอนจะถูกให้ความร้อนในเตาเผาที่อุณหภูมิ 800°C ก่อน จากนั้นจึงเจือจางด้วยไอน้ำ สิ่งนี้จะเพิ่มผลผลิตของอัลคีน หลังจากที่โมเลกุลขนาดใหญ่ของไฮโดรคาร์บอนดั้งเดิมถูกสลายเป็นโมเลกุลขนาดเล็ก ก๊าซร้อนจะถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิประมาณ 400°C ด้วยน้ำ ซึ่งกลายเป็นไอน้ำอัด จากนั้น ก๊าซเย็นจะเข้าสู่คอลัมน์การกลั่น (การแยกส่วน) ซึ่งก๊าซจะถูกทำให้เย็นลงถึง 40°C การควบแน่นของโมเลกุลขนาดใหญ่ทำให้เกิดน้ำมันเบนซินและน้ำมันแก๊ส ก๊าซไม่ควบแน่นจะถูกบีบอัดในคอมเพรสเซอร์ ซึ่งขับเคลื่อนด้วยไอน้ำอัดที่ได้รับระหว่างขั้นตอนการทำความเย็นของแก๊ส การแยกผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายจะดำเนินการในคอลัมน์การกลั่นแบบแยกส่วน
ตารางที่ 18.8. ผลผลิตของผลิตภัณฑ์แคร็กด้วยไอน้ำจากวัตถุดิบตั้งต้นไฮโดรคาร์บอนต่างๆ (wt.%)
ใน ประเทศในยุโรปวัตถุดิบหลักสำหรับการผลิตไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวโดยใช้การแตกตัวเร่งปฏิกิริยาคือแนฟทา ในสหรัฐอเมริกา วัตถุดิบหลักสำหรับจุดประสงค์นี้คืออีเทน หาได้ง่ายที่โรงกลั่นน้ำมันโดยเป็นหนึ่งในส่วนประกอบของก๊าซปิโตรเลียมเหลวหรือจาก ก๊าซธรรมชาติรวมทั้งจากบ่อน้ำมันซึ่งเป็นหนึ่งในส่วนประกอบของก๊าซธรรมชาติที่มาประกอบกัน โพรเพน บิวเทน และน้ำมันแก๊สยังใช้เป็นวัตถุดิบในการแตกร้าวด้วยไอน้ำ ผลิตภัณฑ์จากการแคร็กอีเทนและแนฟทาแสดงอยู่ในตาราง 18.8.
ปฏิกิริยาแคร็กเกิดขึ้นโดยกลไกที่รุนแรง (ดูหัวข้อ 18.1)
การปฏิรูป
กระบวนการปฏิรูปเปลี่ยนโครงสร้างของโมเลกุลหรือทำให้รวมกันเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้น ต่างจากกระบวนการแคร็กซึ่งเกี่ยวข้องกับการสลายโมเลกุลขนาดใหญ่ให้เล็กลง การปฏิรูปใช้ในการกลั่นน้ำมันดิบเพื่อแปลงเศษส่วนน้ำมันเบนซินคุณภาพต่ำให้เป็นเศษส่วนคุณภาพสูง นอกจากนี้ยังใช้เพื่อให้ได้วัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเคมีอีกด้วย กระบวนการปฏิรูปสามารถแบ่งได้เป็นสามประเภท: ไอโซเมอไรเซชัน, อัลคิเลชัน และไซคลิกไลเซชันและอะโรมาติก
ไอโซเมอไรเซชัน ในกระบวนการนี้ โมเลกุลของไอโซเมอร์ตัวหนึ่งจะได้รับการจัดเรียงใหม่เพื่อสร้างไอโซเมอร์อีกตัวหนึ่ง กระบวนการไอโซเมอไรเซชันมีความสำคัญมากในการปรับปรุงคุณภาพของส่วนของน้ำมันเบนซินที่ได้รับหลังจากการกลั่นน้ำมันดิบเบื้องต้น เราได้ระบุแล้วว่าเศษส่วนนี้มีอัลเคนที่ไม่ได้แยกส่วนมากเกินไป พวกเขาสามารถแปลงเป็นอัลเคนที่แตกแขนงได้โดยการให้ความร้อนเศษส่วนนี้เป็นความดัน 20-50 atm กระบวนการนี้เรียกว่าการปฏิรูปด้วยความร้อน
การปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยายังสามารถใช้เพื่อไอโซเมอร์ไรซ์อัลเคนตรงได้ ตัวอย่างเช่น บิวเทนสามารถถูกไอโซเมอร์เป็น α-เมทิลโพรเพนได้โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมิเนียมคลอไรด์ที่อุณหภูมิ 100°C หรือสูงกว่า:
ปฏิกิริยานี้มีกลไกไอออนิกซึ่งดำเนินการโดยการมีส่วนร่วมของคาร์โบเคชัน (ดูหัวข้อ 17.3)
อัลคิเลชั่น ในกระบวนการนี้ อัลเคนและอัลคีนที่เกิดขึ้นจากการแตกร้าวจะถูกรวมเข้าด้วยกันใหม่เพื่อสร้างน้ำมันเบนซินคุณภาพสูง อัลเคนและอัลคีนดังกล่าวมักจะมีอะตอมของคาร์บอนสองถึงสี่อะตอม กระบวนการนี้ดำเนินการที่อุณหภูมิต่ำโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรดแก่ เช่น กรดซัลฟิวริก:
ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นผ่านกลไกไอออนิกโดยมีส่วนร่วมของคาร์โบเคชัน
วัฏจักรและอะโรมาติก เมื่อเศษส่วนของน้ำมันเบนซินและแนฟทาที่ได้จากการกลั่นเบื้องต้นของน้ำมันดิบถูกส่งผ่านบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยา เช่น แพลตตินัมหรือออกไซด์บนตัวรองรับอลูมินา ที่อุณหภูมิ 500°C และภายใต้ความดัน 10-20 เอทีเอ็ม จะเกิดไซเคิลไลเซชัน ตามด้วยอะโรมาติเซชันของเฮกเซนและอัลเคนอื่นๆ ที่มีสายโซ่ตรงยาวกว่า:
การกำจัดไฮโดรเจนออกจากเฮกเซนและไซโคลเฮกเซนเรียกว่าดีไฮโดรจีเนชัน การปฏิรูปประเภทนี้ถือเป็นกระบวนการแคร็กกิ้งอย่างหนึ่ง ของเขา
เรียกว่าการสร้างแพลตฟอร์ม การปฏิรูปตัวเร่งปฏิกิริยา หรือเรียกง่ายๆ ว่าการปฏิรูป ในบางกรณี ไฮโดรเจนจะถูกนำเข้าสู่ระบบปฏิกิริยาเพื่อป้องกันการสลายตัวของอัลเคนเป็นคาร์บอนโดยสมบูรณ์ และเพื่อรักษาการทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยา ในกรณีนี้ กระบวนการนี้เรียกว่าไฮโดรฟอร์มิง
การกำจัดซัลเฟอร์
น้ำมันดิบประกอบด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์และสารประกอบอื่นที่มีซัลเฟอร์ ปริมาณกำมะถันในน้ำมันขึ้นอยู่กับพื้นที่ น้ำมันที่ได้จากไหล่ทวีปทะเลเหนือมีปริมาณกำมะถันต่ำ เมื่อทำการกลั่นน้ำมันดิบ สารประกอบอินทรีย์ที่ประกอบด้วยกำมะถันจะถูกทำลายลง ทำให้เกิดไฮโดรเจนซัลไฟด์เพิ่มขึ้น ไฮโดรเจนซัลไฟด์ไปอยู่ในก๊าซโรงกลั่นหรือในส่วนของก๊าซปิโตรเลียมเหลว (ดูด้านบน) เนื่องจากไฮโดรเจนซัลไฟด์มีคุณสมบัติเป็นกรดอ่อน จึงสามารถกำจัดออกได้โดยการบำบัดผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมที่มีเบสอ่อนบางชนิด ซัลเฟอร์สามารถสกัดได้จากไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่ได้จากการเผาไหม้ไฮโดรเจนซัลไฟด์ในอากาศและส่งผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ไปบนพื้นผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาอะลูมิเนียมออกไซด์ที่อุณหภูมิ 400 C ปฏิกิริยาโดยรวมของกระบวนการนี้อธิบายได้ด้วยสมการ
ประมาณ 75% ของธาตุกำมะถันทั้งหมดที่ใช้ในอุตสาหกรรมในประเทศที่ไม่ใช่สังคมนิยมนั้นสกัดจากน้ำมันดิบและก๊าซธรรมชาติ (ดูหัวข้อ 15.4)